8. Фотопоглощение -квантов.

Фотоэлектрический эффект-это процесс поглощения атомов фотона с последующим испусканием электрона с одной из своих оболочек.

+атоме^-+ион

Е_e=E_-I-Е_отд , где E_-энергия -кванта, а I-потенциал ионизации, а Е_отд –энергия ядра отдачи.

Процесс фотоэффекта невозможен на свободном электроне.

Поэтому для фотоэффекта весьма существенна связь электрона с атомом, которому передаётся часть импульса фотона. Чем меньше связь электрона с атомом по сравнению с энергией фотона, тем меньше вероятность фотоэффекта.

Вероятность фотоэффекта на разных электронных оболочках зависит от энергии фотона и заряда ядра атома (см. рис. 6.6).

(6.7)

Рис. 6.6. Энергетическая зависимость сечения фотопоглощения.

8. Комптоновское рассеяние -квантов (рассеяние на связанных электронах).

Комптоновское рассеяние – это упругое рассеяние электромагнитного излучения на свободных или слабо связанных электронах, сопровождающееся увеличением (уменьшением) длины волны кванта (см. рис.1.1, а также формулы 1.3 и 1.4).

Комптоновское рассеяние наглядно демонстрирует корпускулярную природу электромагнитного излучения.

Сечение упругого рассеяния -квантов на свободном электроне было получено О. Клейном и У. Нишиной с использованием уравнения Дирака.

(6.8)

По этой формуле сечение комптоновского рассеяния пропорционально  и обратно пропорционально Е_ (см. рис 6.3).

Рис. 6.7. График зависимости сечения комптоновского рассеяния от энергии.

8. Рождение пар.

При энергии  -квантов, превосходящей удвоенную энергию покоя электрона, энергетически возможен процесс рождения электрон-позитронной пары. При этом -квант исчезает, а его энергия за вычетом удвоенной энергии покоя электрона выделяется в виде кинетической энергии образовавшихся электрона и позитрона.

(6.3)

Из анализа уравнения (6.3) видно, что рождение пары возможно лишь в присутствии третьего тела. Теория образования пар в поле ядра была создана Г. Бете и В. Гайтлером. Они получили сложное выражение, основные характеристики можно выразить следующим соотношением

(6.4)

Таким образом полное сечение взаимодействия -квантов с веществом равно

_=_фото+_компт+_пар (см. рис.6.4)

Рис. 6.4. Энергетическая зависимость полного сечения взаимодействия -квантов с веществом.

8. Взаимодействие нейтронов с веществом.

   1. Историческая справка об открытии нейтрона.

Первая искусственная ядерная реакция

наблюдалась Резерфордом в 1919 г. Протоны в этой реакции регистрировались по сцинтилляциям, вызываемых ими на экране из сернистого цинка. Однако среди самых легких элементов оказались и такие, например Be и Li, которые при облучении -частицами протонов не испускали.

Был поставлен вопрос, не появляется ли при -облучении различных веществ новое излучение, которое не даёт сцинтилляций на экране из сернистого цинка. Для ответа на этот вопрос Боте и Беккер в конце 1930 г. заменили экран из сернистого цинка счетчиком Гейгера. Опыт действительно показал, что при бомбардировке легких элементов, таких как литий, бериллий, бор -частицами из Po возникает какое-то излучение, вызывающее слабые разряды счетчика Гейгера. Особенно сильное излучение давал бериллий

В 1930 г. из нейтрального излучения известны были лишь -кванты. Поэтому Боте и Беккер вполне естественно предположили, что бериллиевые лучи состоят из -квантов.

В 1932 г. Ирен и Жолио Кюри повторили опыты Боте и Беккера, использовав в качестве детектора ионизационную камеру. При этом они обнаружили, что если стенки камеры имеют водородосодержащее покрытие, то наблюдается резкое усиление ионизационного тока. Ими было сделано предположение, что неизвестное излучение порождает ядра отдачи (протоны), которым соответствовала максимальная энергия Е_р 4,5 МэВ. Появление протонов отдачи в этих опытах было непосредственно доказано путём наблюдения треков в камере Вильсона.

Зная максимальную энергию протонов, на основе гипотезы Боте и Беккера о природе бериллиевого излучения супруги Кюри вычислили необходимую энергию -квантов. Она оказалась равной Е_48 МэВ.

Действительно, если протоны появляются под действием -квантов, то очевидно, этот процесс есть Комптон-эффект на ядрах водорода. Тогда согласно формуле (1,4) максимальная энергия выбитого протона равна

Подставляя сюда Е_р=4,5 МэВ, mc²=938 МэВ, вычисляем h=48 МэВ. Такова энергия -квантов, чтобы при их рассеянии получились протоны требуемой энергии. Так как сами -кванты возникают за счет реакции бериллия с -частицами с энергией всего 5,25 МэВ, то трудно допустить, чтобы они порождали -кванты столь высоких энергий.

Год спустя Чедвик тщательно измерил распределение энергий ядер отдачи и установил, что имеется достаточно причин предположить, что наблюдаемое излучение состоит из нейтральных частиц с массой, равной массе протона. В том же году Иваненко и тот же Чедвик сформулировали идею о наличии нейтральных частиц, входящих в состав ядра, что сразу объяснило массу и заряд наблюдаемых ядер.